I. La structure interne de la Terre et la lithosphère
A. Les méthodes d'étude de l'intérieur terrestre
Il est impossible de forer jusqu'au centre de la Terre. La température et la pression y sont trop extrêmes. Alors, comment savons-nous ce qu'il y a en dessous ? Principalement grâce aux ondes sismiques.
Les ondes sismiques sont des vibrations qui se propagent à travers la Terre, générées par des tremblements de terre ou des explosions. Il existe plusieurs types d'ondes :
- Ondes P (ondes de compression ou primaires) : Ce sont les plus rapides. Elles se propagent dans les solides, les liquides et les gaz.
- Ondes S (ondes de cisaillement ou secondaires) : Elles sont plus lentes et ne se propagent que dans les solides.
En étudiant la vitesse et la trajectoire de ces ondes, les scientifiques peuvent déterminer la nature des matériaux qu'elles traversent. Quand une onde change de milieu (par exemple, passe d'un solide à un liquide), elle est réfractée (déviée) et réfléchie.
Ces changements brusques de vitesse ou de direction des ondes sismiques révèlent des discontinuités, qui marquent les limites entre les différentes couches de la Terre :
- Discontinuité de Mohorovičić (Moho) : Sépare la croûte du manteau.
- Discontinuité de Gutenberg : Sépare le manteau du noyau externe.
- Discontinuité de Lehmann : Sépare le noyau externe (liquide) du noyau interne (solide).
Toutes ces données ont permis de construire le Modèle PREM (Preliminary Reference Earth Model), qui est le modèle standard de la structure interne de la Terre, décrivant la densité, la vitesse des ondes sismiques et l'atténuation des ondes en fonction de la profondeur.
B. La composition et les propriétés des couches terrestres
La Terre est divisée en plusieurs couches concentriques, comme un oignon.
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La Croûte :
- C'est la couche la plus externe et la plus fine.
- Croûte continentale : Plus épaisse (30-70 km), densité moyenne (2,7 g/cm³), composée principalement de roches granitiques.
- Croûte océanique : Plus fine (5-10 km), plus dense (3,0 g/cm³), composée principalement de roches basaltiques et gabbroïques.
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Le Manteau :
- S'étend de la base de la croûte jusqu'à environ 2900 km de profondeur.
- Composé majoritairement de péridotite (une roche ultrabasique).
- Il est divisé en Manteau supérieur et Manteau inférieur.
- Malgré les températures élevées, la majeure partie du manteau est solide, mais peut se déformer lentement (fluage) sur de très longues périodes.
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Le Noyau :
- S'étend de 2900 km au centre de la Terre (6371 km).
- Composé principalement de fer et de nickel.
- Noyau externe : Liquide. Sa convection génère le champ magnétique terrestre.
- Noyau interne (graine) : Solide, malgré des températures extrêmement élevées, en raison des pressions colossales.
Il est crucial de distinguer ces couches en fonction de leur composition chimique et de leur état physique, mais aussi de leur comportement mécanique. C'est ici qu'interviennent la lithosphère et l'asthénosphère.
C. La distinction entre lithosphère et asthénosphère
Ces deux termes sont fondamentaux pour comprendre la tectonique des plaques.
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La Lithosphère :
- C'est la couche la plus externe et la plus rigide de la Terre.
- Elle comprend la croûte (continentale ou océanique) ET la partie supérieure rigide du manteau supérieur.
- Son épaisseur varie de quelques kilomètres sous les dorsales océaniques à environ 150-200 km sous les continents anciens.
- C'est cette couche qui est divisée en plaques tectoniques.
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L'Asthénosphère :
- Située sous la lithosphère, de 100-200 km à environ 700 km de profondeur.
- Elle fait partie du manteau supérieur.
- Elle est moins rigide que la lithosphère, plus ductile et présente une certaine viscosité. Elle est capable de se déformer lentement, un peu comme un fluide très visqueux sur de longues périodes.
- C'est sur cette couche "molle" que "flottent" les plaques lithosphériques.
La distinction entre lithosphère rigide et asthénosphère ductile est essentielle pour expliquer le mouvement des plaques. La lithosphère "flotte" sur l'asthénosphère grâce au principe de l'isostasie. L'isostasie explique pourquoi les chaînes de montagnes (plus épaisses et moins denses) s'enfoncent plus profondément dans l'asthénosphère que les plaines, un peu comme un iceberg plus grand s'enfonce plus profondément dans l'eau.


